Térmérések a budapesti kísérleti DVB-H rendszerben

Átírás

1 Térmérések a budapesti kísérleti DVB-H rendszerben BOZÓKI SÁNDOR, GNANDT ANDRÁS, KRÉMER SZABOLCS, SOGRIK GYÖRGY Antenna Hungária ZRt. {bozokis, gnandta, kremersz, sogrikgy}@ahrt.hu Kulcsszavak: DVB-H, térmérés, mobiltelevízió Az Antenna Hungária Rt. DVB-H térméréseket hajtott végre a magyar kísérleti DVB-H hálózatban. A méréseket Budapesten és körzetében végezték el. A kísérleti DVB-H hálózat egyetlen adóállomást használt, ez a budapesti Széchenyi-hegyen mûködött. Egyaránt végeztek kül- és beltéri, kül- és belvárosi, gyalogos és álló helyzetû, valamint a Doppler-hatás vizsgálatát célzó méréseket. A gyalogos mérések célja az volt, hogy összefüggést lehessen találni a rádió-csatorna paraméterei és a vételi minôség között. Az MPE-FEC hatása is megvizsgálásra került. A mobil mérések esetén a Doppler-hatás következtében elôálló vételi minôségromlást ellenôrizték és összehasonlították ezeket az elméleti eredményekkel. A beltéri (álló) méréseknél az AH fôépületének belsejében, különbözô helyeken elôálló vételi minôségek elemzése volt. Valamennyi mérést különbözô üzemmódokban (különbözô vivô-számokkal, modulációs módokkal és kódaránnyal) végezték el. 1. Bevezetés Jelen cikk az Antenna Hungáriában végzett DVB-H (Digital Video Broadcasting Handheld) térmérések során elvégzett feladatokat, méréseket és mérési eredményeket mutatja be, valamint az azokból levonható következtetéseket tárgyalja. A mobiltelevíziós térméréseket a nemzetközi WingTV (services to Wireless, Integrated, Nomadic, GPRS-UMTS & TV handheld terminals) projekt keretében hajtottuk végre 2006-ban. A WingTV projekt fô célja a DVB-H specifikáció ellenôrzése, illetve az annak alapján kifejlesztett fejállomási eszközök és elôfizetôi terminálok kompatibilitásának tesztelése volt. A projekt keretében az AH Rt. az alábbi tevékenységeket vállalta: kísérleti DVB-H adások rendszer-technikájának és mérési eljárásainak kidolgozása, kísérleti DVB-H adások lebonyolítása, az ezekhez kapcsolódó mérések elvégzése, dokumentálása, kísérleti DVB-H adások eredményeinek feldolgozása, a tapasztalatokról beszámoló készítése. A DVB-H egy olyan új szabvány, amelyet a digitális televíziós szabványok kifejlesztésével foglalkozó európai DVB Project hozott létre az IP (Internet Protocol) szintjén továbbított televíziós és multimédiás tartalmak mobil, kézi eszközökkel való vételére a DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial) szabvány kompatibilis továbbfejlesztéseként [1-3]. Ma a DVB-T kiváló vételi lehetôségeire alapozott DVB-H rendszer a legkorszerûbb megoldás a megbízható, gyors mozgásoknál is alkalmazható, nagysebességû adatátviteli (mûsorszórási) technológia iránti igényre. Szem elôtt tartva a kézi vevôkészülék-használat változó, néha igen szigorú követelményeit, a DVB-H adásrendszernek biztosítania kell a kifogástalan mûködést kül-, és beltéri, valamint fix és mobil (egy jármû sebességével mozgó) vevôkészülék esetén is. 2. A térmérések helyei, típusai és az adó paraméterei A térméréseket Budapest különbözô részein végeztük a mérések típusától függôen. A térmérések típusai a következôk voltak: kültéri mérések: kül- és belvárosi gyalogos, városi és Doppler mobil, beltéri mérések (álló helyzetben, illetve lassú mozgás közben). Az adó paraméterei, valamint a mérés során használt beállítások az 1. táblázatban láthatók. Az MPE-FEC (Multi Protocol Encapsulation Forward Error Correction) kódarány a DVB-H-ban használt paraméter, amely az MPEG adatfolyamba beágyazott MPE keretekben utazó adatokra alkalmazott elôreható hibajavító kódolás esetén a hasznos bitek és összes bit arányát mutatja. 1. táblázat A DVB-H adó paraméterei és a mérési beállítások LXII. ÉVFOLYAM 2007/9 49

2 HÍRADÁSTECHNIKA Az adóantenna-rendszer 3 darab vízszintes polarizációjú panelbôl áll az 1. ábra szerinti, 800 MHz-re számított iránykarakterisztikával. A kódolók és az IP beágyazó a következô beállításban mûködtek: 1. csatorna: H.264, 450 CIF felbontás, MPE-FEC=7/8 2. csatorna: H.264, 450 CIF felbontás, MPE-FEC=2/3 3. csatorna: H.264, 450 CIF felbontás, MPE-FEC=3/4 4. csatorna: MPEG-2, 400 QCIF felbontás, MPE-FEC=1/2 Sorok száma az MPE keretben: 512 Burst sebesség: 4500 kbit/s Burst periódus: 1425 ms. A vevôkészülékekkel kiegészített teljes DVB-H rendszer a 2. ábrán látható. 4. Vételi oldal 3. Fejállomás Afejállomást az OMK-ban (Országos Mikrohullámú Központ, Budapest Széchenyi-hegy) építettük föl. A mûsortartalmak digitalizálására és tömörítésére három MPEG-4/ AVC (H.264) szabványú kódolót, továbbá egy rögzített MPEG-2-es jelfolyamot kijátszó szervert használtunk, amelyek multicast UDP/IP adatforgalmát IP beágyazóra vezettük. Az IP beágyazó feladata a DVB-H szabvány szerinti MPE-FEC és idôszeletelés megvalósítása. Az IP beágyazó kimenete MPEG-2/DVB szabványnak megfelelô transzport adatfolyamot (TS) biztosít a DVB-H adó számára. 2. ábra A kísérleti DVB-H rendszer A mérésekhez többféle vételi eszközt is használtunk mérési és analizálási célokra. A TeamCast cég ShowCast elnevezésû DVB-H validációs vevôje adatgyûjtési célokra szolgált. A R&S EFA mérôvevôt az OFDM jel analizálására, a R&S DVM 100 DVB-H kompatibilis TS analizátort pedig a beérkezô transzport jelfolyam elemzésére használtuk. A ShowCast validációs vevô valójában egy tábla-pc, amelynek az egyik USB portjára kapcsolódik egy 2k/8k mód vételére képes DVB-T vevô, a másikra pedig egy GPS, a mérési útvonalak könnyebb ábrázolhatósága érdekében. Az MPE keretek dekódolását a tábla-pc-n futó program végzi. A vevô mérôszoftverének naplófájljából, amelyben a GPS által közölt adatok is szerepelnek, a következô mérések kiértékeléséhez alkalmas paramétereket lehet kinyerni: mérés pillanatnyi helyének földrajzi koordinátái, a jármû/haladás pillanatnyi sebessége, rádiófrekvenciás jelszint dbm-ben, CNR vivô/zaj arány, BER bithiba-arány, a jelszinkron jelenléte, vett MPE-FEC keretek száma a mérési perióduson belül, vett hibás MPE-FEC keretek száma a mérési perióduson belül, a javíthatatlan MPE-FEC keretek száma a mérési perióduson belül. A vevôkészülék egy külsô (nem beépített) körsugárzó antennával rendelkezik, amelynek nyeresége -7 db az izotróp sugárzóhoz képest. 50 LXII. ÉVFOLYAM 2007/9

3 Térmérések a budapesti kísérleti DVB-H rendszerben 5. A mérések kiválasztása, az üzemmódválasztás kritériumai A WING-TV projekt a DVB-H képességeinek vizsgálatát célozta meg az adási paraméterek széles választéka mellett. Ez azonban hatalmas feladatot jelent, ha figyelembe vesszük a lehetséges háromféle FFT módot, a négyféle védelmi intervallumot, a 3 modulációs módot, az ötféle kódarányt, a négyféle MPE-FEC táblahosszat és az ötféle MPE-FEC kódarányt, mivel együttesen 3600 különbözô kombinációt adnak és mindezek még nem tartalmazzák a csatornamodelleket, illetve az idôszeletelés és a mélységi beszövés hatását a 4k és 2k üzemmódokban. És még a hierarchikus modulációs módokkal nem is számoltunk. Nyilvánvalóan valamit tenni kellett a vizsgálatokba bevonandó lehetôségek számának ésszerû korlátozása érdekében. Erre alapvetôen két lehetôség adódott: Izolálni az egyes paraméterek hatását, és ezeket külön-külön megvizsgálni, miután az eredmények extrapolálhatók a mátrix többi elemére vonatkozólag. Néhány kiválasztott paraméterkombináció vizsgálata gyors és egyszerû módszerekkel. Az eredményekre támaszkodva nagyszámú lehetséges, de nem optimális kombináció kizárható a további vizsgálatokból. A munkánk során mindkét módszert használtuk. A megfontolásokat a következô pontok taglalják A paraméterek hatása A VTF (Validation Task Force) [4] vizsgálatai szerint az FFT-méretnek nincs hatása a megfelelô vételhez szükséges CNR viszonyra. Ezért nem szükséges kiterjeszteni a részletes mérések körét minden FFT-méretre, elegendô a 8k vizsgálata. A 2k és 8k módban végzett Doppler-mérésekbôl következtetni lehet a 4k-s viselkedésre, de természetesen el kell végezni néhány ellenôrzô mérést az új 4k üzemmódban is. Az új mélységi beszövés, amely a 2k és a 4k üzemmódokban használható, befolyásolhatja a vevôkészüléknek a mobil- és impulzus-interferencia melletti viselkedését. Ez a hatás különálló mérés keretében vizsgálható néhány kiválasztott 2k és 4k üzemmóddal. A védôintervallum (GI) fôleg az SFN-méretet befolyásolja. Hatása van a mobil (Doppler) tulajdonságokra is. Már a DVB-T-s tapasztalatokból ismert, hogy a leghosszabb (1/4-es) védôintervallum kompenzálja leginkább a Doppler-hatást. Az alapvetô mérések során elegendô csak 1/4-es védôintervallum melletti adatgyûjtés. Mindazonáltal a védôintervallumnak a Doppler-viselkedésre kifejtett hatását érdemes részletesebben is megvizsgálni. Ez elvégezhetô izolált mérési környezetben úgy, hogy csak 1-2 üzemmódban mérjük a maximális Doppler-frekvenciát, minden GI mellett. A modulációs mód olyan paraméter, amely fôleg a szükséges CNR-t és a Doppler-frekvenciát határozza meg, méghozzá bonyolult módon és ezért vizsgálatát nem lehet elszigetelni más paraméterektôl, hanem ezt a kódarányokkal és az MPE-FEC paraméterekkel kombinálva kell értelmezni. A konvolúciós kódarány olyan kulcsparaméter, ami nem vizsgálható más körülményektôl függetlenül, hanem együtt kell elemezni a modulációval és az MPE- FEC kódaránnyal. Azonban a legmagasabb kódarány, a 7/8, mint nem praktikus érték kizárható a vizsgálati körbôl. Valószínûleg ugyanez érvényes az 5/6-ra is, de elsô menetben ez még szerepelhet a mérési tervben. Az MPE-FEC kódarány optimális értéke egyike a kulcskérdéseknek a megfelelô DVB-H rendszer kialakításánál. Ezen paraméterek hatását együtt kell vizsgálni a modulációs móddal és a konvolúciós kódaránnyal. Az MPE-FEC-ben használt kódolási sorok száma többféleképpen választható. Ez befolyásolja a burst méretét és idôbeli hosszát. Egy másik paraméter, amelyet változtatni lehet a burst fizikai hosszának módosítása érdekében, a burst bitsebessége. Ez jellemzi, hogy mekkora kapacitás van tartalékolva a teljes multiplexbôl a DVB-H számára. Egy dedikált DVB-H multiplex esetében a burst bitsebessége megváltoztatható a multiplex több DVB-H szolgáltatásra való felosztásával. A fenti megfontolásokra alapozva leszûkíthetô az alapvetô mérések köre. Ide tartoznak az ésszerûen vizsgálandó üzemmódok: 8k-s FFT, 1/4-es GI, 1024 vagy 512 sor, minden moduláció, 1/2-es, 2/3-os, 3/4-es és 5/6-os konvolúciós kódarány, 1/2-es, 2/3-os, 3/4-es, 5/6- os és 7/8-os MPE-FEC kódarány. 64-QAM és 3/4-es konvolúciós kódarány esetén csak a 3/4-ig terjedô MPE-FEC kódarányokat vettük figyelembe. Még ezekkel a kizárásokkal is 53 kombináció adódik, ami túlságosan sok a részletes mérésekhez Az üzemmódválasztás kritériumai A vizsgálandó DVB-H üzemmódok kiválasztásának elve az volt, hogy a kívánt bitsebességet a lehetô legalacsonyabb CNR (azaz legkisebb teljesítmény és hálózati költségek) mellett érjük el. A továbbiakban csak ezekkel az üzemmódokkal foglalkozunk A használt csatornamodell A VTF tapasztalatai azt mutatták, hogy az elsô méréseket TU-6-os csatornát feltételezve, 10 Hz-es Doppler-frekvencia mellett célszerû végezni. Ezen csatornamodell választása azon tény alapján történt, hogy nincs igazán jó, releváns csatornamodell a beltéri, illetve a gyalogos és mobil vételre. Minden mérést eddig olyan vevôvel végeztek, amely statisztikus MPE-FEC becslést alkalmazott. Ennek az elônye az, hogy a teljes TS-t használja és a kívánt számú (100) MPE-FEC keret vétele így gyorsabb. A használt degradációs kritérium 5% MFER (MPE Frame Error Rate) volt A javasolt üzemmódok listája A fentebb leírt folyamat eredményeképpen a javasolt üzemmódoknak egy listája állt össze a laboratóriumban és terepen történô mérésekre vonatkozólag. Ez a lista látható a 2. táblázatban. A lista 22 üzemmódot tartalmaz. LXII. ÉVFOLYAM 2007/9 51

4 HÍRADÁSTECHNIKA Az 1-FER értékeket a vevôbôl kapott adatokból a következôképpen számoltuk: Az 1-MFER értékeket a vevôbôl kapott adatokból a következôképpen számoltuk: 2. táblázat A mérésre javasolt üzemmódok Ha a tételek további csökkentése kívánatos, ez a továbbiakban már nem támaszkodhat egyszerûen csak mûszaki értékelésre és a nem optimális üzemmódok elvetésére. Az egyetlen egyszerû csökkentési mód az utolsó üzemmód elhagyása, mivel ennek bitsebessége 16,59 Mbit/s, ami nagyobb, mint az eredeti 15 Mbit/sos kereskedelmi követelmény. Azonban, ha lehetôség van a kiválasztott bitsebességnél megkövetelt felbontás csökkentésére, lehetséges kiemelni néhány fô üzemmódot és a továbbiakban csak ezekre koncentrálni. Másrészt viszont a teljes méréssorozat elvégzése a megkövetelt üzemmódokra vonatkozólag ezzel a 22 esettel már ésszerû idô alatt lehetséges, így ez felfogható kiindulópontnak is. 6. A mérési módszerek, kiértékelés A kültéri és a beltéri mérések esetében részben különbözô eljárásokat követtünk. A kültéri méréseknél igyekeztünk olyan helyeket választani, amelyek a kategóriáján belül megfelelnek a követelményeknek és lehetôleg a vivô/zaj arány teljes skáláját bejárják annak érdekében, hogy valós adatokon alapuló karakterisztikát vehessünk föl. A vevôkészülékbôl kapott, mérés során összegyûjtött adatokat tartalmazó fájlt a MATLAB programmal dolgoztuk föl. A CNR értékekbôl adódó skálát 1 db-es intervallumokra osztottuk fel és figyeltünk arra, hogy minden egyes tartományban megtalálható legyen legalább 100 minta a statisztikai eredmény értékelhetôsége érdekében. A meghatározott intervallumokon belül a legalább 100 mintából meghatároztuk az 1-FER és az 1- MFER értékeket. (A FER és MFER értékek helyett praktikusabb az 1-FER és 1-MFER értékeket ábrázolni.) A javíthatatlan keretek száma azokra a keretekre vonatkozik, amelyeket már az MPE-FEC sem tud kijavítani. Ennek alapján elmondható, hogy az 1-FER a DVB-T vételre vonatkozik, míg az 1-MFER a DVB-H-ra, azaz a kettô egy koordináta rendszerben való ábrázolása jó alap a két rendszer összehasonlítására. Megfigyelhetô az is, hogy milyen esetekben érdemes és szükséges használni az MPE-FEC kódolást a jobb vétel elérése érdekében. Stabilnak tekintjük a vételt abban az esetben ha az 1-MFER értéke 95%-nál nagyobb vagy ezzel ekvivalensen az MFER 5%-nál kisebb. A 1-FER-rel és 1- MFER-rel szokás a vétel valószínûségét is jellemezni, ezért a továbbiakban mi is így hivatkozunk rájuk. A beltéri mérések esetében más mérési módszert alkalmaztunk. A kiválasztott hatszintes, betonból készült, nagy ablakokkal rendelkezô épületben (az Antenna Hungária ZRt. központja, Budapest XI., Petzval J. u , C épület), szintenként egyenletes eloszlással jelöltünk ki pontokat. Egy-egy pontban megállva az adatgyûjtést addig végeztük, amíg 100 értékelhetô mintát nem gyûjtöttünk. Az adatgyûjtést követôen, MATLAB segítségével kiszámoltuk a 100 mintából az 1-FER és 1-MFER értékeket, majd kiszámítottuk a szintenkénti vételi valószínûségeket. ADoppler-mérést olyan területen végeztük el, ahol a térerô nagysága alig befolyásolja a CNR értékét és a térerôsség elég nagy, ahhoz, hogy csak tisztán a Doppler-hatás okozza a CNR romlását. A begyûjtött mintákat 10 km/óra felosztású skálán ábrázoltuk, figyelembe véve, hogy minden tartományban meglegyen az elvárt 100 minta. Kiértékeléshez az 1-FER-nek és az 1-MFER-nek a MATLAB segítségével a sebesség függvényében történô ábrázolása elégséges. A vevô által mért RF jelszintbôl és az antenna-tényezôbôl kiszámítható az antennabemeneten fellépô térerôsség az alábbi képlet szerint [5]: ahol AF az antenna-tényezô, míg CF az antennát a hangolóegységgel (tuner) összekötô kábel csillapítása. Esetünkben ez utóbbi elhanyagolható, mivel az antenna közvetlenül csatlakozik a mérôvevôre. Az antennatényezô a következô képlettel számítható: ahol η 0 = 377 Ω a szabadtéri hullámimpedancia, Z = 75 Ω a tuner bemeneti impedanciája, és A az antenna hatásos felülete, amely 2,8*10-3 m 2 az 51-es csator- 52 LXII. ÉVFOLYAM 2007/9

5 Térmérések a budapesti kísérleti DVB-H rendszerben nán -7 db antenna-nyereséggel számítva. Az antennatényezô értéke esetünkben 32,5 db. Az 1-FER és 1-MFER görbék a térerôsség függvényében is ábrázolhatók, ami által meghatározható a stabil vételhez szükséges minimális térerôsség egy adott adásmódban. 7. Kültéri gyalogos mérések A külvárosi méréseket tipikus külvárosi környezetben, az AH központja mellett végeztük. Az adót az épületektôl csak néha lehetett látni. A városi gyalogos tesztet magas, 4-6 emeletes épületek között végeztük, olyan úton, ahol az adótoronyra nem volt rálátás. Az adótól való távolság körülbelül 6 km volt, nem sokkal több, mint a külvárosi teszt esetében, ahogy az a 3. ábrán látható. 3. ábra A kültéri gyalogos mérések helyei 4. ábra Mérési eredmények: külváros, 8k, QPSK, CR=1/2, MPE-FEC=3/4 Az 5. ábrán láthatók a mérési eredményeink 2k QPSK, CR=1/2 és MPE-FEC=3/4 beállítások mellett: A mérésekre a következô beállításokban került sor különbözô MPE-FEC kódarányok mellett: 8k, QPSK, CR=1/2 8k, 16-QAM, CR=2/3 8k, 64-QAM, CR=2/3 2k, QPSK, CR=1/2 2k, 16-QAM, CR=2/3 2k, 64-QAM, CR=2/3 Avédelmi intervallum az összes esetben 1/4 volt. A vételi minôséget egy elektronikus térképen színkódokkal illusztráltuk, miközben a vételi valószínûséget (1-FER, 1-MFER) a jelminôség (CNR) függvényében ábrázoltuk. Célunk a 8k és 2k FFT-méretek és a különbözô konstellációk vételi valószínûségre gyakorolt hatásának összehasonlítása volt Mérési eredmények QPSK konstelláció esetén (8k, 2k, CR=1/2) A 4. ábrán a külvárosi gyalogos mérési eredményeink láthatók 8k, QPSK, CR=1/2 és MPE-FEC=3/4 beállítások mellett: 5. ábra Mérési eredmények: külváros, 2k, QPSK, CR=1/2, MPE-FEC=3/4 A vételi valószínûség 8k módban kissé jobb, a különbség annak tudható be, hogy 2k módban nincs mélységi átszövés. Ahogy az 1-MFER diagrammokon látható, 8k módban ~6 db, míg 2k módban ~8 db CNR szükséges a stabil vételhez. A számított minimálisan szükséges térerôsségek ennek megfelelôen ~62 dbµv/m és 70 dbµv/m Mérési eredmények 16-QAM konstelláció esetén (8k, 2k, CR=2/3) A következô oldalon, a 6. ábrán láthatók a külvárosi gyalogos mérési eredményeink 8k, 16-QAM, CR=2/3 és MPE-FEC=3/4, a 7. ábrán pedig 2k, 16-QAM, CR=2/3 és MPE-FEC=3/4 beállítások mellett. LXII. ÉVFOLYAM 2007/9 53

6 HÍRADÁSTECHNIKA A 8. ábrán illusztráltuk az MPE-FEC hatását 8k üzemmódban. Látható, hogy az erôsebb hibavédelem jóval a stabil vételhez szükséges CNR alatt javítja számottevôen a vétel valószínûségét, de a vételi viszonyok javulása esetén már nincs jelentôs különbség a különbözô kódarányok teljesítôképessége között. Amint az látható, 16-QAM esetén a stabil vétel eléréséhez számottevôen magasabb CNR szükséges (~18 db, illetve ~73 dbµv/m térerôsség) összehasonlítva azzal, amit elvárunk QPSK üzemmódban. A 16-QAM kevésbé robosztus a vételi hibákkal szemben, még akkor is, ha nagyobb hibavédelmet (MPE-FEC) alkalmazunk. 6. ábra Mérési eredmények: külváros, 8k, 16-QAM, CR=2/3, MPE-FEC=3/ Mérési eredmények 64-QAM konstelláció esetén (8k, 2k, CR=2/3) A ábrákon láthatók a külvárosi gyalogos mérési eredményeink 8k, 64-QAM, CR=2/3 és MPE-FEC=3/4 beállítások mellett. A stabil vételhez itt nagyon magas CNR szükséges (~25 db, illetve ~80 dbµv/m térerôsség), ami a jelenlegi adóteljesítménnyel nem érhetô el. 7. ábra Mérési eredmények: külváros, 2k, 16-QAM, CR=2/3, MPE-FEC=3/4 9. ábra Mérési eredmények: külváros, 8k, 64-QAM, CR=2/3, MPE-FEC=3/4 8. ábra Az MPE-FEC hatásának szemléltetése 8k, 16-QAM, CR=2/3 esetén 10. ábra Mérési eredmények: külváros, 2k, 64-QAM, CR=2/3, MPE-FEC=3/4 54 LXII. ÉVFOLYAM 2007/9

7 Térmérések a budapesti kísérleti DVB-H rendszerben A 11. ábrán illusztráltuk az MPE-FEC hatását 8k üzemmódban. Hasonlóan a 16-QAM üzemmódhoz, csak a stabil vételhez szükséges CNR-nél lényegesen roszszabb vételi körülmények esetén van számottevô különbség az egyes kódarányok teljesítôképessége között. 9. Városi mobil mérések A városi mobil méréseket az adótól körülbelül 7 km távolságban végeztük. A tesztút a Petôfi- és a Lágymányosi-hídon vezetett át, a hidak között erôsen beépített területeken haladtunk át. A tipikus térerôsség a tesztút folyamán dbµv/m között változott. Az adótornyot az út során csak néhol (fôleg a hidakról) lehetett látni. Két esetet vizsgáltunk. Az elsôben az antenna a mérésnél használt autóban helyezkedett el, a másodikban pedig az autó tetején. Az autó tetején rögzített antenna nyeresége -5 db, az autón belül használt antenna nyeresége -10 db volt. A ábrák mutatják a vételi valószínûséget a CNR függvényében. Amint megfigyelhetô, a vétel minôsége majdhogynem tökéletes volt, ha külsô antenna mûködött. Látható, hogy 9 db CNR szükséges a stabil vételhez, ha az antenna az autóban helyezkedik el. Külsô tetôantennát felszerelve a stabil vételhez már 5 db CNR is elegendô. 11. ábra Az MPE-FEC hatásának szemléltetése 8k, 64-QAM, CR=2/3 esetén 8. Városi gyalogos mérések A külvárosi tesztek tapasztalatai után a városi teszteket már csak a legrobosztusabb üzemmódban végeztük el (8k, QPSK, CR=1/2). Egy tipikus, sûrûn beépített területet választottunk a belvárosban, a Liszt Ferenc teret. 13. ábra Városi tesztút, antenna az autón belül: 8k, QPSK, CR=1/2, MPE-FEC=3/4 12. ábra Mérési eredmények: belváros, 8k, QPSK, CR=1/2, MPE-FEC=3/4 A 12. ábrán látszik a többutas terjedés hatása a városi területeken. A stabil vételhez ~11 db CNR kívánatos, ami 5 db-lel magasabb érték, mint külvárosi területen. Az átlagos vételi minôség viszonylag alacsony volt, és a külvároshoz képest körülbelül 10 dbµv/m-rel nagyobb térerôsség kellett ugyanolyan vételi valószínûség eléréséhez. 14. ábra Városi tesztút, antenna az autón kívül: 8k, QPSK, CR=1/2, MPE-FEC=3/4 LXII. ÉVFOLYAM 2007/9 55

8 HÍRADÁSTECHNIKA 10. Mobil Doppler mérések A mobil Doppler mérésekhez az M7-es autópálya budapesti bevezetô szakaszát választottuk. A tesztút az adótoronytól mintegy 6 km-re kezdôdött, vidéki környezetben. A ShowCast antennája az autó tetején volt elhelyezve. A mintákat dbµv/m közötti térerôsség-értékeknél vettük föl. A cosϕ az út nagy részén közel volt az 1-hez (ϕ az autó haladási iránya és az adó iránya közti szög). A teszt során 64-QAM konstellációt alkalmaztunk. A Doppler-effektus érvényesülését mutatják a ábrák, különbözô üzemmódok esetén. 8k módban a vételi valószínûség gyors csökkenését figyelhetjük meg 100 km/h fölött, ami közel van az elméleti határhoz. 2k módban az MPE-FEC képes volt a hibákat gyakorlatilag a teljes sebességtartományon belül korrigálni (a maximális sebesség 173 km/h volt). Ahhoz, hogy a Doppler-effektust ellenôrizzük, a tesztautóval elérhetô sebességekre való tekintettel a sebességre érzékenyebb modulációs módot (64-QAM) választottunk. Az eredményekbôl következtetni lehet arra, hogy a vevô viselkedése olyan módokban is követi az elméletileg várható karakterisztikát, amelyeket eddig nem volt módunkban tesztelni. 17. ábra A beltéri mérések helye 11. Beltéri, álló helyzetû mérések 15. ábra Mobil Doppler mérés: 8k, 64-QAM, CR=2/3, MPE-FEC=3/4 A beltéri méréseket az Antenna Hungária Rt. központjában végeztük, körülbelül 5 km-re a TV toronytól (17. ábra). AC épületet választottuk a mérések helyéül, mely betonból épült, 6 szintes, széles ablakokkal. Az épület egyik oldala a TV toronnyal néz szembe, de csak körülbelül a 3. szinttôl lehet látni a tornyot. Kisteljesítményû átjátszókat (gap-filler) nem alkalmaztunk. A vétel minôségét a következô üzemmódok mellett teszteltük és értékeltük ki, különbözô emeleteken: 8k, QPSK, CR=1/2, MPE-FEC=3/4 8k, 16-QAM, CR=2/3, MPE-FEC=3/4 8k, 64-QAM, CR=2/3, MPE-FEC=3/4 2k, QPSK, CR=1/2, MPE-FEC=3/4 A védelmi intervallum az összes esetben 1/4 volt. A mérések során meghatároztuk a szintenkénti vételi valószínûségeket, amelyeket oszlop-diagrammon ábrázoltunk az alábbi színkódot használva: 16. ábra Mobil Doppler mérés: 2k, 64-QAM, CR=2/3, MPE-FEC=3/ Eredmények 8k, QPSK, CR=1/2, MPE-FEC=3/4 paraméterek mellett Avételi valószínûség a 18. ábrán látható. A vétel a 3. szinten és afölött már tökéletes volt. Még a földszinten is csak néhány helyen tapasztaltunk nem kielégítô vételi minôséget. 56 LXII. ÉVFOLYAM 2007/9

9 Térmérések a budapesti kísérleti DVB-H rendszerben Eredmények 8k, 16-QAM, CR=2/3, MPE-FEC=3/4 paraméterek mellett Magasabb rendû modulációt alkalmazva a vételi minôség jelentôsen csökkent (19. ábra). De az 5. szinten a vétel már majdnem tökéletes volt, a földszinten viszont egyáltalán nem volt vétel Eredmények, 8k, 64-QAM, CR=2/3, MPE-FEC=3/4 paraméterek mellett Ebben az üzemmódban, a vétel csak a 4. és 5. szinten volt kielégítô (20. ábra). Nem volt vétel az elsô két szinten (két helyet kivéve). Sôt még az 5. szinten is volt számos hely, ahol a vételi minôség nem volt tökéletes Eredmények, 2k, QPSK, CR=1/2, MPE-FEC=3/4 paraméterek mellett Ebben az üzemmódban a vétel tökéletes volt a 4. és az afölötti szinteken (21. ábra). Alacsonyabb szinteken a vételi minôség valamivel rosszabb volt, mint 8k módban. Ez a 2k módból hiányzó mélységi átszövésnek tulajdonítható ábrák Vételi valószínûség különbözô szinteken 3. táblázat A térerôsség statisztikája az egyes szinteken Minden ponton legalább 100 MPE-FEC keretet vettünk az MFER kiszámításához. Igen gyenge vétel esetén, amikor a szinkronizációt számos alkalommal elvesztettük, a mérés legalább 100 másodpercet vett igénybe. A számításokba belevettük a vétel nélküli idô és a teljes mérési idô arányát. Az egyes tesztpontokban a korrekt átlagolás érdekében több irányból is gyûjtöttünk mintákat. A 3. táblázat szintenként mutatja a mért RF jelszintekbôl számított átlagos térerôsséget és a szórást. 18. ábra 8k, QPSK, CR=1/2, MPE-FEC=3/4 19. ábra 8k, 16-QAM, CR=2/3, MPE-FEC=3/4 20. ábra 8k, 64-QAM, CR=2/3, MPE-FEC=3/4 21. ábra 2k, QPSK, CR=1/2, MPE-FEC=3/4 LXII. ÉVFOLYAM 2007/9 57

10 HÍRADÁSTECHNIKA Az elôzô mérésekbôl az alábbi következtetéseket vonhatjuk le: Kisteljesítményû, helyi átjátszó használata nélkül egyedül a QPSK konstelláció adhat megfelelô eredményt. Épületen belül az MPE-FEC-nek nincs jelentôs hatása a vételi minôségre, ellentétben a kültéri gyalogos és mobil tesztek eredményeivel. A vétel jelentôsen jobb volt a felsôbb szinteken. Az alacsonyabb szinteken, a vétel lényegesen jobb volt az épületnek azon oldalán, amely az adótorony felé néz. 12. Következtetések Az elvégzett méréssorozat alkalmat adott az RF paraméterek elméletileg várt és a gyakorlatban mért értékeinek összehasonlítására. Vizsgálatainkat ezen felül össze tudtuk vetni a nemzetközi WingTV projekt többi részvevôjénél végzett hasonló tesztek eredményeivel, illetve a DVB-H Implementation Guideline [6] adataival. Az eredményeink jó egyezést mutattak mind az elméleti adatokkal, mind a külföldi vizsgálatok eredményeivel. Az említett egyezések mellett akadtak magyarázatot igénylô eredmények is. Az egyik legfontosabb kérdés az volt, hogy ugyanakkora CNR mellett, ugyanabban az üzemmódban hogyan fordulhat elô például a külvárosi és a belvárosi környezet közötti 5 db-es különbség. Válaszunk: a CNR mérése a frekvencia-spektrumban egy adott sávszélességre vett teljesítménysûrûség átlagára (integráljára) alapul. A COFDM egyes vivôi megsérülhetnek, de az egyes összefüggô keretek bitjei hibajavítás érdekében a vivôkön szét vannak osztva (energiadiszperzió). Bitátszövés (interleaving) alkalmazásával a gyors fadingeket is kiszûrjük. Ebbôl adódóan a sérült vivôk helyzetétôl függetlenül a CNR és az 1-FER, 1-MFER értékek között erôs a korreláció. A belvárosi és külvárosi értékek eltérése abból adódhat, hogy a korreláció a pillanatnyi CNR-re igaz, tehát fontos tudni, hogy a mérôvevô mennyi ideig integrálja a pillanatnyi CNR értékeket. A ShowCast validációs vevô 1 másodperces idôinter-vallumokban szolgáltatja a mért adatokat, tehát az adatbuszon folyó kommunikáció idejét leszámítva közel 1 másodperc az integrálási ideje. Vagyis az 1 másodperces integrálási idôn belül nem tudjuk, hogy ez az átlag egy minimális ingadozásból adódott vagy gyors fadinggel terhelt, az átlagtól jelentôsen eltérô CNR értékekbôl. Statisztikailag tehát a pillanatnyi CNR értékek nagyobb szórása következtében egy városi Rayleigh-modellt követô környezetben nagyobb az esély a keret sérülésére, amit nagyobb CNR-rel, vagyis az átlagérték feljebb tolásával kompenzálhatunk. Ezért szükséges a 11 db-es átlagos CNR a városi környezetben a 95%-nál magasabb 1-MFER érték biztosításához, azaz a stabil vételhez. Irodalom [1] Digital Video Broadcasting (DVB); Transmission System for Handheld Terminals (DVB-H). ETSI EN [2] M. Kornfeld, U. Reimers: DVB-H the emerging standard for mobile data communication. EBU Technical Review, January [3] Stefler S., Sogrik Gy.: A mobil telefontól a mobil TV-vevôig. 11. Televízió- és Hangtechnikai Konferencia és Kiáll., Budapest, június 1-2. [4] ETSI: DVB-H Validation Task Force Final Report. TR , January [5] James McLean, Robert Sutton, Rob Hoffman, TDK RF Solutions: Interpreting Antenna Performance Parameters for EMC Applications, emc-antenna-parameters-p3.html [6] ETSI: DVB-H Implementation Guidelines. TR , November LXII. ÉVFOLYAM 2007/9